DE7532416U - Hochleistungssicherung - Google Patents

Description

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Hochleistungssicherung

Die Erfindung betrifft eine Hochleistungssicherung, bei der der beim Abschmelzen des Schmelzleiters entstehende Lichtbogen einer selbsterzeugten Löschgasströmung ausgesetzt ist.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Hochleistungssicherung, die sich als kompakte Austauschbaueinheit durch eine hohe Energieaufnahmefähigkeit auszeichnet, wobei jene in ihrem wesentlichen Teil in einfachster Weise insbesondere aus einem Stapel von gleichartigen Bauteilen aufbaubar und ihr zentraler Schmelzleiter erneuerbar Bein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgem'iss dadurch gelost, dass der Schmelzleiter innerhalb eines Kanals angeordnet ist, dessen

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Innenwand aus unter Lichtbogeneinwirkung gasabgebendem Material besteht, und dass der Kanal radiale Oeffnungen aufweist, die in aus im Abstand voneinander angeordneten Isolierwänden gebildete Spalträume münden. Die in Kanalrichtung in entsprechenden Abständen angeordneten radialen Oeffnungen sind sowohl für die Druckentlastung des Kanales als auch für die Abfuhr der im Lichtbogen aufgeheizten Gase vorgesehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen den glockenförmigen Isolierwänden in die ringförmigen Spalträume Mittel zur Kühlung der Bogengase wie Kühlrippen z.B. in der Form von radial gerichteten Metallblechen eingesetzt sind, und es empfiehlt sich, Schmelzleiter, Kanal sowie die glockenförmigen Isolierwände mit den in die ringförmigen Spalträume eingesetzten Kühlmitteln wie Metallbleche, also die eigentliche strombegrenzende Hochleistungssicherung, in einem Gehäuse mit Entlüftungsöffnungen oder in einem geschlossenen gasgefüllten Gehäuse oder in einem teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse anzuordnen.

Die Hochleistungssicherung ist hiebei in nachstehend beschriebener Weise auszugestalten:

1. Der Schmelzleiter, der in bekannter Weise nach Massgabe des geforderten Nennstroms und des geforderten Schmelzintegrals

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I t Dimensioniert wird, ist innerhalb eines Kanals aus einem festen Isoliermaterial z.B. aus Polyoxymethylen (CH 0) (Delrin) anzuordnen, wobei der Kanaldurchmesser grosser oder gleich dem Schmelzdrahtdurchmesser gewählt werden kann. Schmelzleiter und Kanal können hiebei ausserdem noch in wenigstens einem gasförmigen und/oder flüssigen Isoliermaterial (wie z.B. Luft oder SFV bzw. OeI) angeordnet sein.

2. Der Kanalquerschnitt ist so zu wählen, dass dem beim Verdampfen des Schmelzleiters entstehenden Lichtbogen durch Abdampfen von Material aus den Kanalwandungen ein ausreichend hoher Spannungsaufbau erwächst.

y. Längs des Kanals sind in Abständen Drucket ulastungsüffnungen vorzusehen, die das axial aus dem Kanal ausströmende heisse Gas bzw. Plasma seitwärts entweichen lassen, wodurch sowohl eine Druckentlastung des Kanals als auch eine Abfuhr der im Bogen umgesetzten Leistung erreicht wird. Der Abstand der Druckentlastungsöffnungen ist dabei so zu wählen, dass der Kanal durch den aufgebauten Druck mechanisch nicht zerstört wird.

¹I. Weiters sind innerhalb und ausserhalb der Spalträume Kuhleinrichtungen vorzusehen, durch die die aus den Druckent-

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lastungsöffnungen austretenden heissen Gase hindurchgeleitet werden und ihr Wärmeinhalt auf feste, gasförmige oder flüssige Kühlmittel oder eine Kombination von diesen übertragen wird.

5. Ausserdem sind in Verbindung mit den Kühleinrichtungen Isolationsmittel vorzusehen, die es verhindern, dass die aus den Druckentlastungsöffnungen austretenden Bogengase zu einem elektrischen Durchschlag bzw. Ueberschlag ausserhalb der Sicherung führen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer strombegrenzenden Hochleistungssicherung mit einem Gehäuse, wobei die Sicherung mit dem Gehäuse in Vorderansicht und zum Teil im Längsschnitt dargestellt ist,

Fig. 2a eine Vorder- und Fig. 2b eine Draufsicht durch merere im Abstand voneinander angeordnete glockenförmige Isolierwände und

Fig. Ja und 3b eine Variante gemäss Fig. 2a und 2b, bei der der den Kanal für den Schmelzleiter bildende Teil als austauschbares Rohr ausgebildet ist.

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In Fig. Γ ist der Schmelzleiter 1 in einem Kanal 2 angeordnet, dessen Innenwand aus einem Material besteht, das unter der Einwirkung eines Lichtbogens Gas abgibt. Der Kanal 2 wird hiebei durch die jeweilige zentrale Oeffnung 3 der glockenförmig ausgebildeten Isolierwand ¹J sowie durch die inneren Stirnwände 5 der Kippen 6 gebildet, mittels der sich die jeweilige glockenförmige Isolierwand 4 auf die benachbart angeordnete glockenförmige Isolierwand ^Jt abstützt, wobei gleichzeitig zwischen diesen beiden benachbarten Isolierwänden h ein ringförmiger Spaltraum 7 freibleibt. Zwischen je zwei benachbarten inneren Stirnwanden 5 ist ausserdem jeweils eine radiale Oeffnung 8 frei j über die der Kanal 2 in den jeweiligen ringförmigen Spaltraum 7 ausmündet. Zwischen den glockenförmigen Isolierwänden k sind in deren Randzonen Kühlrippen 9 in axialer und zugleich radialer Richtung angeordnet, die der Abkühlung des aus dem Kanal 2 entweichenden Dampfes bzw. Plasmas dienen. Diese Kühlrippen können z.B. aus Metallblechen bestehen. Der Schmelzleiter 1 iüL im Kanal 2 zwischen seinen beiden Enden 10 eingespannt, wobei die Enden 10 verlötet oder vergossen sind und zugleich als Stromanschlüsse dienen. Die eigentliche Hochspannungssicherung (1,2,3,4,5,6,7,8,9 und 10) ist von einem Gehäuse 11 umgeben. Dieses Gehäuse 11 ist mit Entlüftungsöffnungen 12 versehen. Nach einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse 11 auch teilweise mit einer Flüssigkeit 13 gefüllt sein, wobei der Luftraum 14 über dem Flüssigkeitsspiegel über ein Rückschlagsventil 15 mit dem Freien verbindbar ist. Schliesslich

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kann das Gehäuse 11 auch druckfest und gasdicht ausgeführt und mit einem Isoliergas gefüllt sein. Die Abdeckungen des Gehäuses 11 sind mit 16 bezeichnet.

Pig, 2a zeigt eine Detailansicht von vorne, wie sich diese in Blickrichtung V auf die Bruchebene V-V in Fig. 2b ergibt. Fig. 2b zeigt eine Draufsicht in axialer Blickrichtung D auf die Schnittebene D-D in Fig. 2a. In Pig. 2a und 2b sind die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1 eingeführt. Der Kanal 2 weist zwischen zwei glockenförmigen Isolierwänden 4 jeweils vier zwischen den vier inneren Stirnwänden 5 der Rippen 6 freibleibende Oeffnungen 8 auf, wobei sich jede der vier radialen Oeffnungen 8 auf den jeweils zugeordneten sektorförmigen Raum 7a des ringförmigen Spaltraumes 7 erweitert. Selbstverständlich können die Kühlrippen 9 verschiedene Formen und Abmessungen besitzen und auch anders als radial, etwa azimutal angeordnet sein, d.h. im wesentlichen eine Richtung wie die Isolierwände 4 besitzen.

In Fig. 3a und 3b sind die den Fig. 1, 2a und 2b entsprechenden Positionen gleich bezeichnet. Wesentlich ist in den Fig. 3a 'und 3b, dass der den Kanal 2 für den Schmelzleiter 1 bildende Teil als Rohr 2a ausgebildet ist, auf das die glockenförmigen" Isolierwände 4 mittels ihrer jeweiligen dem Durchmesser des Rohres 2a entsprechenden zentralen Oeffnung 3

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zentriert sind. Die glockenförmigen Isolierwände H können in ihrer Form von der in der Zeichnung dargestellten Form abweichen. Sie können im Extremfall z.B. die Form von parallelen Scheiben annehmen, die zentrisch zur Achse des Kanals 2 angeordnet sind.

Die Wirkungsweise und weitere Details des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend besehrieben:

Sobald die strombegrenzende Hochleistungssicherung z.B. infolge eines Ueberstromes anspricht, kommt es zu einem Verdampfen des Schmelzleiters 1 und dabei zu einem Zünden des Lichtbogens zwischen den beiden Schmelzleiterenden 10. Der durch den Lichtbogen fliessende Strom i bewirkt eine ohm'sche Leistungszufuhr. Diese zugeführ'te Leistung wird auf die Kanalwand 2 übertragen und löst dort eine Verdampfung von Material aus. Der auf diese Weise erzeugte Dampf wirkt als Bogenkühlmittel. Er führt zum Aufbau bzw. zur Aufrechterhaltung eines Ueberdruckes und zu einer axialen Druckausgleichsströmung in Richtung auf die druckentlastend wirkenden radialen Oeffnungen 8.Die Energieabfuhr aus dem Lichtbogen erfolgt somit durch eine intensive Strömung, die eine relativ hohe Bogenspannung .zur Folge hat. Die durch die radialen Oeffnungen 8 abgeblasenen Plasma- und Dampfstrahlen gelangen durch die mittels der Kippen 6 gebildeten sektorförmigen Räume 7a in die zugeordneten

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ringförmigen Spaltraume 7j wo sie an den glockenförmigen Iso-[ lierwänden *t vorbeistreichen und dadurch abgekühlt werden.

Eine zusätzliche Kühlung erfolgt durch die radial angeordneten Kühlrippen 9. Eine weitere Kühlung ergibt sich durch das Vermischen der Gase mit dem im Gehäuse 11 enthaltenen gasförmigen oder flüssigen Kühlmittel. Der dabei auftretende Ueberdruck kann entweder von dem Gehäuse 11 aufgenommen oder über ein Rückschlagventil 15 in's Freie abgeleitet werden.

Von besonderem Vorteil erweist sich OeI als flüssiges Kühlmittel, da es durch chemische Zersetzung einen hohen Energiebetrag bei geringer Temperaturerhöhung aufnehmen kann.

Die Länge der glockenförmigen Isolierwünde k und die Massnahmi zur Kühlung der Bogengase werden so aufeinander abgestimmt, dass ein elektrischer Aussenüberschlag über die zwischen zwei benachbarten Üruckentlastungsöffnungen 8 liegende glockenförmige Isolierwand 4 vermieden wird.

Um eine möglichst hohe Bogenspannung und damit z.B. eine starke Begrenzung des Bogenstromes i zu erreichen, sind möglichst kleine Querschnitte des Kanals 2 und grosse Gesamtkanallängen anzustreben. Zur Vermeidung eines unzulässig hohen Druckes im Kanal ist diese Gesamtlänge aus einer genügend hohen Anzahl von ausreichend kurzen Einzelkanälen mit

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dazwischenliegenden druckentlastenden Oeffnungen zusammenzusetzen .

Man erhält beispielsweise bei einem

Bügenstrom:

I = 3 k A

mittl. Kanalquerschnitt: F ä 2,7mm^c Kanallänge: 1 = 10mm

Material: Delrin

einen Spannungsaufbau: und eine Leistung:

U = 500 V N = U.I = 1,5 MW

Durch Serienschaltung vieler solcher Kanalabschnitte lassen sich Spannungsaufbau U und Leistungsumsatz N vervielfachen.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt :

Da durch den beschriebenen Lichtbogen mit relativ geringer Bogenlänge verhültnisinässig hohe Bogenspannungen erzeugt werden können, ergibt sich eine gegenüber üblichen Sicherungen verkürzte Bauweise. Da die Energieabfuhr aus dem Lichtbogen mit hohem Energieinhalt stattfindet, tritt nur ein relativ geringer Abbrand des Kanals ein. Deshalb kann der den Kanal für den Schmelzleiter bildende Teil der Sicherung als

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austauschbares Rohr ausgebildet werden, was einen billigen und einfachen Sicherungswechsel erlaubt. Weiterhin kann der Druckaufbau durch den Lichtbogen als Quelle mechanischer Energie zur Unterstützung oder als Ersatz äusserer mechanischer Energiequellen, z.B. als Antriebskraft eines Schalters oder für den Antrieb eines Mittels zur Anzeige des Sicherungszustandes, nutzbar gemacht werden.

Der beschriebene Energieabfuhrmechanismus in Verbindung mit den beschriebenen Kühlmassnahmen erlaubt es, hohe Energie- und Leistungsumsätze bei relativ geringer Baugrösse zu realisieren. Der Erfindungsgegenstand ist daher besonders geeignet zum Einsatz in Strombegrenzungsvorrichtungen in Mittel- und Hochspannungsnetzen sowie in der Hochspannungsgleichspannungsübertragung.

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Claims (8)

« « !!(»III I It ti I * * I I I III« • I I 111 - 11 - 126/75 ^ Schutzansprüche

1. Hochleistungssicherung, bei der der beim Abschmelzen des Schmelzleiters entstehende Lichtbogen einer selbsterzeugten Löschgasströmung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (X) innerhalb eines Kanals (2) an^· geordnet ist, dessen Innenwand aus unter Lichtbogeneinwirkung gasabgebendem Material besteht, und dass der Kanal (2) radiale Oeffnungen (8) aufweist, die in aus im Abstand voneinander angeordneten Isolierwänden (k) gebildete Spalträume (7) münden.

2. Hochleistungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierwände (^) glockenförmig und die Spalträume (7) ringförmig ausgebildet sind.

3. Hochleistungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spalträumen (7) Kühlrippen (9) angeordnet sind.

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4. Hochleistungssicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (9) aus radial und zugleich axial gerichteten Metallblechen bestehen.

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5. Hochleistungssicherung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kanal (2) für den Schmelzleiter (1) bildende Teil als auswechselbares Rohr (2a) ausgebildet ist.

6. Hochleistungssicherung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die glockenförmigen Isolierwände (i|) je eine zentrale Oeffnung (3) für die Aufnahme

I des Rohres (2a) aufweisen.

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7. Hochleistungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

! zeichnet, dass sie von einem Entlüftungsöffnungen (12)

I aufweisenden Gehäuse (11) umgeben ist.

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8. Hochleistungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

! zeichnet, dass sie in einem teilweise mit einer Flüssig-

\ keit (13) gefüllten Gehäuse (11) angeordnet ist, und dass

I der Luftraum (I¹I) über dem Flüssigkeitsspiegel über ein

I Rückschlagventil (15) mit dem Freien verbindbar ist.

I 9· Hochleistungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

I zeichnet, dass sie in einem gasgefüllten, gasdichten

{ Druckgefäss (17) angeordnet ist.

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